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X射线衍射图谱的分析

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X射线衍射图谱的分析

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A 衍射峰的有无、位置

B 衍射峰的强度

C 衍射峰的峰形

E 衍射测试实验条件选择

F 其他相关知识

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A 衍射峰的有无、位置

1、 衍射方向取决于晶体的周期或晶胞的大小。

2、 X射线入射到结晶物质上,产生衍射的充分必要条件是

3、 第一个公式确定了衍射方向。在一定的实验条件下衍射方向取决于晶面间距d。而d是晶胞参数的函数,

;第二个公式示出衍射强度与结构因子F(hkl)的关系,衍射强度正比于F(hkl)模的平方,

4、 F(hkl)的数值取决于物质的结构,即晶胞中原子的种类、数目和排列方式,因此决定X射线衍射谱中衍射方向和衍射强度的

一套d和I的数值是与一个确定的结构相对应的。这就是说,任何一个物相都有一套d-I特征值,两种不同物相的结构稍有差异其衍射谱中的d和I将有区别。这就是应用X射线衍射分析和鉴定物相的依据。

5、 若某一种物质包含有多种物相时,每个物相产生的衍射将独立存在,互不相干。该物质衍射实验的结果是各个单相衍射图

谱的简单叠加。因此应用X射线衍射可以对多种物相共存的体系进行全分析。 6、 一种物相衍射谱中的

对强度。当两个样品的样品其衍射谱上的 相的相的

( 是衍射图谱中最强峰的强度值) 的数值取决于该物质的组成与结构,其中

称为相

的数值都对应相等时,这两个样品就是组成与结构相同的同一种物相。因此,当一未知物相的数值与某一已知物相M的数据相合时,即可认为未知物即是M相。由此看来,物相分析

数据后与已知物

就是将未知物的衍射实验所得的结果,考虑各种偶然因素的影响,经过去伪存真获得一套可靠的

数据,若未知物是在储备范围之内,物相分析工作即是实际可行的。

相对照,再依照晶体和衍射的理论对所属物相进行肯定与否定。当今在科学家们的努力下,已储备了相当多的物

7、 衍射图,图中的每一个峰就是一族晶面的衍射线,

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B 衍射峰的强度

衍射强度是由晶胞中各个原子及其位置决定的。

Bragg方程只确定了衍射方向,衍射强度是由晶体一个晶胞中原子的种类、数目和排列方式决定的。仪器等实验条件对其数值也有影响。

在衍射仪技术中,所测得的计数或计数率对应的是2θ位置上的X射线强度,称为实验绝对强度,其单位是计数/秒(cps),也可使用任意单位(如记录图上强度坐标的绝对长度cm)。

但是所谓衍射线的强度,指的是被相应晶面族衍射的X射线的总能量,是积分强度。它应该与衍射线剖面之下、背景线之上所包围的面积成正比,而不是与峰的高度成正比。在实际工作中,作为一个近似方法,积分强度有时可用峰顶的净高度(Ip - IB)与峰的半高度宽W的乘积(Ip - IB)·W来计算(即用一个三角形来近似一个衍射峰剖面)。如果要求不高,则衍射强度也可以简便地用峰巅高度来测量(即假定峰的面积比例于峰高),例如在大多数物相定性鉴定工作中,常用峰巅高度来比较各衍射线的相对强度,以最强峰的峰高为100。

常用的“衍射强度”有两种定义:

1. 峰高强度——以减去背景后的峰巅高度代表一个衍射峰的强度。此法虽然简便, 但实际上各衍射线剖面的形状是2θ的函数,其面积并不与峰高成正比;而且,它最大的缺点是受实验条件的影响相当大,且受Kα线重叠度的影响。在不同实验条件下,峰高可有明显的变化,也与峰的宽化有关,只是因为方法简便,故在对衍射强度的测量误差要求不严格时(如在定性物相分析中),常常使用峰高强度。

2. 积分强度——以整个衍射峰的背景线以上部分的面积作为峰的强度。它代表着相应晶面族衍射X射线的总能量。它的优点是尽管峰的高度和形状可能随实验条件的不同而变化,但峰的面积却比较稳定,计数统计误差较小。此外,当用Kα双重线的总面积来代表衍射线的积分强度时,可以不必考虑α1与α2峰的分离问题。因此在定量分析等要求强度测量误差小的情况下,都采用积分强度。

积分强度测量方法有:

(1)按长图记录仪所得的峰形状,用通常的方法来求其面积。如可用计算法、称重法或平面积分器等。

(2)近似计算,以峰顶的净高度(峰顶高度减背底)与峰的半高全宽的乘积来近似代表衍射峰的积分宽度。此种处理的实质是认为峰面积近似等于其高与峰高相等、中位线与峰半高宽相等的等腰三角形的面积。

(3)使用宽度足够的接收狭缝直接测量整个衍射束的光量。

(4)计数累加——用减去背景的强度计数值累加。可用计算机处理,也可用定标器直接累加(此时注意背底计数的扣除)。XD98X射线的控制分析系统配有专用的“净”积分强度的测量程序和求峰面积的计算程序。

最后还应指出,一般X射线衍射线都是Kα1、Kα2双重线,而且还常有不同衍射峰的重叠,这两个因素都会造成峰位的偏移,以及使衍射强度增加,因而若需要精确地确定峰位和强度时,常常有必要进行重叠峰的分离,然后才确定单个峰的峰位及面积。

(2—5)式描述了入射线为平面偏振波时。一个自由电子的散射线强度的空间分布.强度只是极角?的函数。

电于的散射线强度表达式:

(2—8)式为采用经典理论讨论问题时,非偏振X光入射到一个自由电子上所产生的相干散射强度,这是一个极重要的公式,一般称其为汤姆逊公式。其中:

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